Pumpenelement einer Brennstoffeinspritzpumpe für Einspritzbrennkraftmaschinen

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf ein Pumpenelement einer Brennstoffeinspritzpumpe für Einspritzbrennkraftmaschinen, bei welchem die Pumpenkolbenbüchse (2) wenigstens eine Saug- ­und Überströmbohrung (3) aufweist, die durch Steuerkanten (4,5) des Pumpenkolbens überschliffen wird, wobei wenigstens eine im Bereich der Kolbenstirnfläche angeordnete Steuerkante (4) den Förderbeginn und wenigstens eine am Kolbenmantel angeordnete, insbesondere schräge, Steuerkante (5) das Förderende bestimmt. Es wird eine gedrosselte Leitungsver­bindung zwischen dem Arbeitsraum (8) des Kolbens und der Saug- und Überströmbohrung (3) vorgesehen, welche bereits bei Förderbeginn oder knapp nach Förderbeginn offen ist, so daß die in der Saug- und Überströmbohrung (3) befindlichen Dampfblasen frühzeitig weggefördert werden. Dies wird dadurch erreicht, daß im Bereich der Saug- und Überströmbohrung (3) der Kolbenmantel eine von der Kolbenstirnfläche (4) aus­gehende Oberflächenausnehmung (6) aufweist, oder dadurch, daß die Kolbenlauffläche (11) der Pumpenkolbenbüchse (2) auf der dem Arbeitsraum (8) des Pumpenkolbens (1) zugewendeten Seite der Saug- und Überströmbohrung (3) eine von dieser ausgehen­den Oberflächenausnehmung (12) aufweist, oder dadurch, daß knapp unterhalb der Kolbenstirnfläche (4) eine in Umfangs­richtung verlaufende Nut (13) im Kolbenmantel (14) angeordnet ist, welche mit dem Arbeitsraum (8) des Pumpenkolbens (1), beispielsweise über eine Axialnut (15), in Verbindung steht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Pumpenelement einer Brennstoffeinspritzpumpe für Einspritzbrennkraftmaschinen, bei welchem die Pumpenkolbenbüchse wenigstens eine Saug- und Überströmbohrung aufweist, die durch Steuerkanten des Pumpen­kolbens überschliffen wird, wobei wenigstens eine im Bereich der Kolbenstirnfläche angeordnete Steuerkante den Förderbe­ginn und wenigstens eine am Kolbenmantel angeordnete, ins­besondere schräge, Steuerkante das Förderende bestimmt und wobei während wenigstens eines Teiles des Druckhubes des Pumpenkolbens eine gedrosselte Leitungsverbindung zwischen dem Arbeitsraum des Pumpenkolbens und der Saug- und Über­strömbohrung besteht.

[0002] Durch den plötzlichen Abschluß der Saug- und Überströmbohrung bei Förderbeginn bilden sich Dampfblasen bzw. Hohlräume in der Saug- und Überströmbohrung. Durch den Pumpenkolben wird der Kraftstoff im Arbeitsraum der Pumpe auf sehr hohe Drücke von beispielsweise 1500 bar und auch mehr gebracht und bei Förderende strömt dieser hochkomprimierte Kraftstoff in die Saug- und Überströmbohrung. Wenn keine Vorsorge für die Wegförderung dieser Dampfblasen getroffen wird, implodieren dieselben infolge der plötzlichen Drucksteigerung in der Saug- und Überströmbohrung und es werden dadurch Kavitationen und Erosionen an der Wandung der Saug- und Überströmbohrung und auch am Kolbenmantel und an der Steuerkante verursacht. Aus der DE-OS 28 07 808 ist es bekannt geworden, Kraftstoff, der im Pumpenarbeitsraum unter Druck gesetzt wurde, über eine Drosselöffnung abzuzweigen und vor dem Aufsteuern der Saug- ­und Überströmbohrung in diese einzuführen, um die Dampfblasen aus dieser Saug- und Überströmbohrung wegzufördern. Bei dieser bekannten Anordnung gelangt der abgezweigte Brennstoff über Bohrungen im Kolben in eine Ausnehmung am Kolbenmantel und wird, sobald diese Ausnehmung die Saug- und Überström­ bohrung überschleift, in die Saug- und Überströmbohrung gefördert. Das Überschleifen der Saug- und Überströmbohrung durch diese Ausnehmung erfolgt aber erst verhältnismäßig knapp vor Förderende und es bleibt daher nicht genügend Zeit, um ein vollständiges Wegfördern der Dampfblasen aus der Saug- ­und Überströmlohrung zu gewährleisten.

[0003] Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, die Dampfblasen möglichst früh und daher möglichst vollständig aus der Saug- ­und Überströmbohrung wegzufördern. Zur Erfüllung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß die gedrosselte Leitungsverbindung von einer am Kolbenmantel von der Kolbenstirnfläche ausgehenden Oberlächenausnehmung oder von einer an der Kolbenlauffläche der Pumpenkolbenbüchse auf der dem Arbeitsraum des Pumpenkolbens zugewendeten Seite der Saug- und Überströmbohrung von dieser ausgehenden Ober­flächenausnehmung gebildet wird, wobei bei Anordnung der Oberflächenausnehmung am Kolbenmantel diese sich nur über Bereiche erstreckt, welche einer Drehlage des Pumpenkolbens bei großen Einspritzmengen entsprechen. Dadurch wird er­reicht, daß das Wegfördern der Dampfblasen bzw. Hohlräume aus der Saug- und Überströmbohrung möglichst frühzeitig erfolgt, u.zw. sofort nach Förderbeginn, so daß mehr Zeit zur Ver­fügung steht, um diese Dampfblasen möglichst vollständig aus der Saug- und Überströmbohrung zu entfernen. Es wird auch frühzeitig der Druck in der Saug- und Überströmbohrung in geringerem Maße als bei Förderende erhöht, so daß, wenn solche Dampfblasen sich noch in der Überströmbohrung befin­den, diese zu einem weichen Implodieren gebracht werden, wodurch die Gefahr der Entstehung von Kavitationen und Erosionen verringert wird. Durch die Anordnung einer jewei­ligen Oberflächenausnehmung wird sichergestellt, daß die Spülung der Dampfblasen von den Kanten der Saug- und Über­strömbohrung weg in Richtung zum Saugraum erfolgt. Durch diese Oberflächenausnehmung gelangt Brennstoff in gedrossel­tem Ausmaß bereits bei Förderbeginn in die Saug- und Über­ strömbohrung und es werden dadurch bereits bei Förderbeginn die Dampfblasen aus der Saug- und Überströmbohrung weggeför­dert, so daß genügend Zeit für die Wegförderung derselben verbleibt und die Gewähr gegeben ist, daß bei Förderende, wenn durch Aufsteuerung der Saug- und Überströmbohrung der Druck in dieser schlagartig erhöht wird, die Saug- und Überströmbohrung bereits zumindest weitgehend frei von Dampfblasen ist. Überdies wird bei einer solchen Ausbildung eine einfache Bearbeitung des Pumpenkolbens bzw. der Pumpen­kolbenbüchse ermöglicht, da nur ein Anschliff des Kolben­mantels bzw. der Lauffläche der Pumpenkolbenbüchse erforder­lich ist. Dadurch, daß bei Anordnung der Oberflächenausneh­mung am Kolbenmantel diese sich nur über Bereiche erstreckt, welche einer Drehlage des Pumpenkolbens bei großen Einspritz­mengen entsprechen, wird bewirkt, daß gezielt eine ordnungs­gemäße Beseitigung der bei hohen Drehzahlen vermehrt auftre­tenden und daher besonders schädlichen Dampfblasen ermöglicht wird. Durch Begrenzung der Oberflächenausnehmung auf großen Einspritzmengen entsprechende Bereiche wird gleichzeitig eine ausreichende Drosselung erzielt, da die Abförderung der Dampfblasen unter weitestgehender Vermeidung einer Beein­trächtigung der Fördercharakteristik erfolgen soll.

[0004] Gemäß der Erfindung wird vorzugsweise die Verbindung der gedrosselten Leitungsverbindung mit der Saug- und Überström­bohrung bereits vor Förderende unterbrochen, so daß der Brennstoffverlust aus dem Arbeitsraum des Pumpenkolbens, welcher die Fördercharakteristik, wenn auch nur geringfügig, verändern könnte, weiter reduziert wird.

[0005] Zweckmäßig erstreckt sich gemäß der Erfindung die Ober­flächenausnehmung am Kolbenmantel über eine axiale Länge, welche den Durchmesser der Saug- und Überströmbohrung nicht überschreitet. Durch eine solche Bemessung wird die Zeitdauer der Überströmung des abgezweigten Brennstoffes begrenzt und der Brennstoffverlust aus dem Pumpenarbeitsraum gering gehalten.

[0006] Wenn die Oberflächenausnehmung in der Kolbenlauffläche der Pumpenkolbenbüchse angeordnet ist, erstreckt sie sich zweck­mäßig nur über einen Umfangsbereich desselben, der ungefähr dem Durchmesser der Saug- und Überströmbohrung entspricht. Auf diese Weise wird es ermöglicht, den Drosseleffekt dieser Oberflächenausnehmung wirksam zu gestalten.

[0007] Die Tiefe einer Oberflächenausnehmung, welche auch den Drosseleffekt bestimmt, beträgt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 0,02 bis 0,20 %, vorzugsweise 0,10 %, des Pumpenkolbendurchmessers.

[0008] Bei einer anderen Ausführungsform entsprechend der Erfindung kann die Anordnung auch so getroffen sein, daß knapp unter­halb der Kolbenstirnfläche eine in Umfangsrichtung verlau­fende Nut im Kolbenmantel angeordnet ist, welche mit dem Arbeitsraum des Pumpenkolbens, beispielsweise über eine Axialnut, in Verbindung steht. In diesem Falle wird auch der Effekt erreicht, daß der abgezweigte Brennstoff bereits knapp nach Förderbeginn oder schon bei Förderbeginn in die Saug- ­und Überströmbohrung gelangt, während durch entsprechende Bemessung der Nut der erforderliche Drosselquerschnitt erzielbar ist. Gemäß der Erfindung ist daher zweckmäßig der Abstand der in Umfangsrichtung verlaufenden Nut kleiner als der halbe Durchmesser der Saug- und Überströmbohrung und bei einer solchen Bemessung wird im allgemeinen der abgezweigte Brennstoff bereits bei Förderbeginn in die Saug- und Über­strömbohrung gelangen.

[0009] Bei Brennstoffeinspritzpumpen, welche mit hohen Drücken, wie beispielsweise 1500 bar oder darüber arbeiten, ist es zweck­mäßig, daß die Pumpenkolbenbüchse zwei diametral gegenüber­liegende Saug- und Überströmbohrungen aufweist, wobei die Steuerkanten des Pumpenkolbens zentralsymmetrisch an beiden Kolbenseiten angeordnet sind, um eine einseitige hohe Be­lastung des Pumpenkolbens, welche zu einem erhöhten Ver­schleiß des Pumpenkolbens und der Pumpenkolbenbüchse führt, zu vermeiden. Bei solchen Pumpenelementen sind gemäß der Erfindung die Oberflächenausnehmung oder die in Umfangs­richtung verlaufende Nut im Bereich beider Saug- und Über­strömbohrungen angeordnet. Bei solchen, mit hohen Drücken arbeitenden Pumpenelementen ist die Gefahr der Entstehung von Kavitationen und Erosionen besonders groß und es ist daher wesentlich, daß diese Gefahr im Bereich der beiden Saug- und Überströmbohrungen ausgeschaltet wird.

[0010] In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungs­beispielen schematisch erläutert.

Fig. 1 und 1a zeigen einen Axialschnitt durch Pumpenkolben und Pumpenkolbenbüchse im Bereich der Saug- und Überström­bohrungen, wobei Fig.1 die Kolbenstellung knapp nach Förder­beginn und Fig.1a die Kolbenstellung bei Förderende dar­stellt;

Fig. 2 zeigt eine Abwickelung des Kolbenmantels gemäß Fig.1;

Fig. 3 und 4 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform, wobei Fig.3 einen Teilschnitt durch die Pumpenkolbenbüchse

und Fig.4 eine Ansicht der Lauffläche der Pumpenkolbenbüchse in Richtung des Pfeiles IV der Fig.3 darstellt;

Fig.5 zeigt eine andere Ausführungsform in Form einer Abwicklung des Pumpenkolbenmantels.

[0011] Bei der Ausführungsform nach Fig.1, 1a und 2 stellt 1 den Kolben dar, der in der Pumpenkolbenbüchse 2 zu hin- und hergehender Bewegung geführt ist. Der Antrieb des Kolbens 1 ist nicht dargestellt. In der Pumpenkolbenbüchse 2 sind zwei diametral gegenüberliegende Saug- und Überströmbohrungen 3 vorgesehen, mit welchen die den Förderbeginn bestimmende Stirnkante 4 und die das Förderende bestimmenden schrägen Steuernuten 5 zusammenwirken. Der Pumpenkolben 1 weist zu beiden Seiten in dem mit den Saug- und Überströmbohrungen zusammenwirkenden Bereichen Oberflächenausnehmungen 6 auf, welche eine Tiefe a aufweisen. Diese Oberflächenausnehmungen sind durch Kanten 7 begrenzt. Die Tiefe a der Oberflächen­ausnehmung ist in der Zeichnung der Deutlichkeit halber stark vergrößert angedeutet und liegt in der Praxis in einem Bereich zwischen 0,02 % und 0,2 % des Pumpenkolbendurch­messers, um den gewünschten Drosseleffekt sicherzustellen.

[0012] Durch diese Oberflächenausnehmungen 6 tritt bei Förderbeginn aus dem Arbeitsraum 8 des Pumpenkolbens 1 eine abgezweigte Brennstoffmenge, welche in dieser Oberflächenausnehmung 6 gedrosselt wird, in die Saug- und Überströmbohrung 3 in Richtung des Pfeiles 9 aus. Durch diese abgezweigte Brenn­stoffmenge werden in der Saug- und Überströmbohrung 3 be­findliche Dampfblasen bzw. Hohlräume aus der Saug- und Überströmbohrung 3 in Richtung zum Saugraum herausgespült. Bei Förderende (Fig.1a) werden durch die schrägen Steuer­kanten 5 die Saug- und Überströmbohrungen 3 aufgesteuert, wobei Brennstoffstrahlen unter dem hohen Förderdruck in Richtung des Pfeiles 10 in die Saug- und Überströmbohrungen 3 eintreten. Durch den in Richtung des Pfeiles 9 austretenden abgezweigten Brennstoffstrahl wird der in Richtung des Pfeiles 10 unter hohem Druck austretende Brennstoffstrahl von der Wandung der Saug- und Überströmbohrung 3 abgelenkt.

[0013] Fig.3 und 4 zeigen eine Ausführungsform, bei welcher nicht am Kolbenmantel, sondern an der Kolbenlauffläche 11 der Pumpen­kolbenbüchse 2 eine Oberflächenausnehmung 12 vorgesehen ist. Über diese Oberflächenausnehmung 12 tritt bereits bei Förder­beginn eine geringfügige Brennstoffmenge aus, wodurch der gleiche Effekt erzielt wird wie bei der Anordnung nach Fig.1 und 2. Die Ausnehmung 12 erstreckt sich hiebei, wie Fig.4 zeigt, in Umfangsrichtung nur über die Breite der Saug- und Überströmbohrung 3, so daß in dieser Oberflächenausnehmung 12 eine präzisere Drosselung erfolgen kann.

[0014] Bei der Ausführungsform nach Fig.5 sind unterhalb der Stirn­kante 4 des Kolbens in Umfangsrichtung verlaufende Nuten 13 am Kolbenmantel 14 vorgesehen, welche über Nuten 15 mit dem Arbeitsraum 8 des Kolbens 16 in Verbindung stehen. Die Breite und Tiefe der Nuten 13 bestimmt die Drosselung. Die Nuten 13 sind in einem Abstand b von der das Förderende bestimmenden Kolbenstirnkante 4 angeordnet. Dieser Abstand b ist kleiner als der Durchmesser der Saug- und Überströmbohrungen 3, so daß der Brennstoff über die Ausnehmung 12 bereits bei Förder­beginn in die Saug- und Überströmbohrungen 3 eintritt und dort die Dampfblasen wegfördert.

Ansprüche

1. Pumpenelement einer Brennstoffeinspritzpumpe für Ein­spritzbrennkraftmaschinen, bei welchem die Pumpenkolben­büchse (2) wenigstens eine Saug- und Überströmbohrung (3) aufweist, die durch Steuerkanten (4,5) des Pumpenkolbens überschliffen wird, wobei wenigstens eine im Bereich der Kolbenstirnfläche angeordnete Steuerkante (4) den Förder­beginn und wenigstens eine am Kolbenmantel angeordnete, insbesondere schräge, Steuerkante (5) das Förderende bestimmt und wobei während wenigstens eines Teiles des Druckhubes des Pumpenkolbens (1) eine gedrosselte Leitungsverbindung zwischen dem Arbeitsraum des Pumpenkolbens (1) und der Saug- ­und Überströmbohrung (3) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die gedrosselte Leitungsverbindung von einer am Kolbenmantel von der Kolbenstirnfläche ausgehenden Oberflächenausnehmung (6,13) oder von einer an der Kolbenlauffläche (11) der Pumpenkolbenbüchse (2) auf der dem Arbeitsraum des Pumpen­kolbens (1) zugewendeten Seite der Saug- und Überströmbohrung (3) von dieser ausgehenden Oberflächenausnehmung (12) gebil­det wird, wobei bei Anordnung der Oberflächenausnehmung (6,13) am Kolbenmantel diese sich nur über Bereiche er­streckt, welche einer Drehlage des Pumpenkolbens (1) bei großen Einspritzmengen entsprechen.

2. Pumpenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der gedrosselten Leitungsverbindung (6,12,13) mit der Saug- und Überströmbohrung (3) vor Förderende unter­brochen ist.

3. Pumpenelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß sich die Oberflächenausnehmung (6,13) am Kolbenmantel über eine axiale Länge erstreckt, welche den Durchmesser der Saug- und Überströmbohrung (3) nicht über­schreitet.

4. Pumpenelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß die sich Oberflächenausnehmung (12) der Kolben­lauffläche (11) der Pumpenkolbenbüche (2) nur über einen Umfangsbereich erstreckt, der ungefähr dem Durchmesser der Saug- und Überströmbohrung (3) entspricht.

5. Pumpenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Oberflächenausnehmung (6,12,13) 0,02 % bis 0,20 %, vorzugsweise 0,10 %, des Pumpen­kolbendurchmessers beträgt.

6. Pumpenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß knapp unterhalb der Kolbenstirnfläche eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut (13) im Kolbenmantel angeordnet ist, welche mit dem Arbeitsraum des Pumpenkolbens (16), beispielsweise über eine Axialnut (15), in Verbindung steht.

7. Pumpenelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (b) von der Kolbenstirnfläche der in Umfangsrich­tung verlaufenden Nut (13) kleiner als der halbe Durchmesser der Saug- und Überströmbohrung (3) ist.

8. Pumpenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem die Pumpenkolbenbüchse (2) zwei diametral gegenüber­liegende Saug- und Überströmbohrungen (3) aufweist und die Steuerkanten (4,5) des Pumpenkolbens (1,16) zentral­symmetrisch an beiden Kolbenseiten angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenausnehmung (6,12) oder die in Umfangsrichtung verlaufende Nut (13) im Bereich beider Saug- und Überströmbohrungen (3) angeordnet sind.

Zeichnung